光穩定劑的作用及應用有哪些？

作者：小曉日期： 2024-11-27 點擊量：文字大小：大中小

光穩定劑的作用及應用有哪些？

一、光穩定劑的定義和分類

我們都知道，塑料在加工和使用過程中，受到光、熱、氧化等內外因素的影響，導致它會發生降解或交聯，使其性能變差、外觀發黃，最終失去使用價值。但發生老化最主要的原因是這些材料吸收了光能，特別是紫外線，然后產生光化學反應和自動氧化反應，導致光降解，使產品外觀和物理機械性能變差，這一過程被稱為無氧老化或光老化，也稱為光氧化降解或光降解。光穩定劑按作用機理可分為遮光劑、紫外線吸收劑、猝滅劑和自由基捕集基團四大類（其中，受阻胺光穩定劑是自由基捕集劑中最主要的一種）。若按光穩定劑的化學結構分類，其市場份額順序為受阻胺、二苯甲酮、水楊酸、氰基丙烯酸酯等。

二、優秀光穩定劑的必要條件

1.能有效吸收或反射290～400nm波長范圍內的紫外光，或能平滑猝滅被激發分子的能量，有足夠的捕捉自由基和分解過氧化氫的能力，即能有效遏制紫外光對材料光降解的影響，對材料的光降解以及材料原有的理化性能和加工性能無不良影響。

2.與目標材料相容性好，即加工使用過程中不噴霜、不滲水。

3.自身穩定性好，即在加工使用過程中熱穩定性高，熱揮發損失少。

4.可見光吸收率低，不顯色，不變色，光穩定性好，長時間曝曬下也不會受到損傷。

5.化學穩定性好，不與材料中其他成分及環境中其他物質發生不良化學反應。

6.不與其他接觸物發生遷移，尤其是對食物和藥品。

7.與其他加工助劑有協同作用，而無反協同反應，對材料加工機械無腐蝕作用。

8.材料加工、制造和使用過程中無毒或低毒，對人體無和動植物無害，對環境無污染，有良好的生物降解性和自然降解性。

9.無粉塵或低粉塵，使用和測量方便，價格低廉，適用范圍廣。

10.易在物料中溶解和分散。

光穩定劑作用于許多化合物，但它們可以符合上述要求的商品很少，以上條件只能在選擇光穩定劑時考慮，根據加工材料的種類和型號、其他添加劑品種、產品的用途和要求、加工設備和工藝，綜合權衡各種光穩定劑的優劣，最終選擇一種理想的光穩定劑，或者兩個甚至更多小時的光穩定劑搭配使用，從而發揮不同的優勢，在材料光氧化的不同階段為產品提供多重保護，使產品的耐光老化壽命成倍的增長，甚至是幾倍或幾十倍。

三、光穩定劑在聚乙烯中的配方

1.配方一：低密度聚乙烯（100），UV-531（0.25），UV-327（-），GW-540（-），光穩定劑-2002（0.25），抗氧劑1010（-）

2.配方二：低密度聚乙烯（100），UV-531（-），UV-327（0.2），GW-540（-），光穩定劑-2002（0.2），抗氧劑1010（-）

3.配方三：低密度聚乙烯（100），UV-531（-），UV-327（-），GW-540（0.3），光穩定劑-2002（-），抗氧劑1010（0.1）

其中按配方一吹塑成型的（0.12+_0.02）mm厚的聚乙烯薄膜，在北京地區使用，自然曝曬一年，其伸長殘留率為縱向85.1％，橫向89％，按配方二吹塑成型的（0.12+_0.02）mm厚的聚乙烯薄膜，在北京地區使用，自然曝曬12個月，其伸長殘留率為縱向83％，橫向95％，按配方三吹塑成型的（0.12+_0.02）mm厚的聚乙烯薄膜，在北京地區使用，自然曝曬12個月，其伸長殘留率為縱向64.1％，橫向為78.2％。

四、光穩定劑聚乙烯中的應用

聚乙烯材料對紫外光的吸收能力較低，理論上不容易產生光化學反應，但實際上在聚合加工過程中，會形成少量的氫過氧化物和結構中含有羰基的雜質，并且會產生老化，而老化對聚乙烯材料的性能影響還是很大的，因此，提高其耐老化性能至關重要。聚乙烯樹脂在陽光照射下發生氧化，屬于自由基鏈式反應。為了減緩樹脂的光氧化，需要加入光穩定劑來阻斷連續的鏈式反應。“純”聚乙烯的飽和結構不易吸收波長大于300nm的紫外線。但由于種種原因，用于聚合、熱加工和戶外使用，使得少量不飽和雙結構、支化點、催化劑殘留等可被氧化的弱點和具有敏化作用的羰基發色團。光吸收紫外光和羰基聲發色團后羰基的氧化衰弱，羰基吸收紫外線后處于電子激發態，并向基態氧分子傳遞能量，生成單重態氧，單重態氧與聚乙烯分子中的不飽和鍵反應，形成大分子氫過氧化物，氫過氧化物吸收紫外線后分解，其分解速度遠快于其形成速度，產生自催化自由基反應過程，形成大量羰基聚集，吸收紫外線后再次引起分子裂解斷裂，聚乙烯在光降解過程中也發生交聯反應。由于氧在聚合物非晶區的擴散速率比晶區快，紫外線照射聚合物非晶區時分子鏈段更容易交聯，因此當聚乙烯薄膜的厚度和結晶度降低時，分子鏈的交聯增加，也就促進了非晶區凝膠的形成。

五、光穩定劑在聚丙烯中的應用

聚丙烯的光降解是由光和熱的協同作用引起的，陽光中的紫外線具有破壞聚合物化學鍵或引發自動氧化降解反應的能量，從而使聚丙烯分子鏈斷裂，生成自由基或激發分子，形成氫過氧化物或羰基化合物或交聯，隨著羰基含量的增加，聚丙烯更容易發生光降解。光和氧引起的降解反應不僅改變了產品的外觀，還會使其物理機械性能變差，最終使其失去使用功能。因此，為了抑制光降解，通常在聚丙烯樹脂中加入光穩定劑。聚丙烯是發展最快的合成樹脂品種之一，與其它熱塑性塑料相比，聚丙烯具有良好的物理力學性能和加工性能，其制品用途更廣，價格相對較低。

我們在戶外使用的聚丙烯烯烴材料主要應用聚丙烯纖維、聚丙烯裝飾板等工程產品。其中，聚丙烯纖維對光穩定劑的要求最高，滿足聚丙烯纖維要求的光穩定劑也能滿足聚丙烯裝飾板等工程產品的要求。為了抑制光降解反應的問題，我們常在聚丙烯樹脂中加入光穩定劑，如遮光劑、紫外吸收劑、自由基捕集劑等。

在眾多光穩定劑中，受阻胺類光穩定劑對聚丙烯的穩定化效率最高，尤其是相對分子質量較高的受阻胺類光穩定劑對薄聚丙烯產品的穩定化效果最高。二苯甲酮與聚丙烯具有良好的相容性，廣泛應用于聚丙烯產品中。在聚丙烯產品中，尤其是大比表面積體積比的產品，如纖維、薄膜等，有機鎳配合物表現出優異的光穩定劑效果。一些吸收性光穩定劑的有效性隨著產品厚度變薄而大大降低。新型受阻胺類光穩定劑在聚丙烯中也有突出的穩定化效果，特別是與吸收式光穩定劑聯用時，效果更佳。在選擇受阻胺光穩定劑時，首先要考慮受阻胺類光穩定劑的熱穩定性能否滿足聚合物的加工溫度要求。

因此，受阻胺類光穩定劑的高分子量和多功能備受業界關注，提高受阻胺類光穩定劑的熱穩定性、與基體樹脂的相容性、耐遷移性和抗萃取性、降低毒性和揮發性已成為一個重要的發展方向和趨勢。對于受阻胺類光穩定劑，僅用捕獲自由基的機理不能完美解釋其作用。它是一種捕集自由基的多功能穩定劑，通過氫過氧化物的分解、激發態分子的猝滅、金屬離子的鈍化等機制來達到聚合物光穩定性的目的。

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